Metamath Proof Explorer < Previous   Next > Nearby theorems Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  frgrwopreglem5 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem frgrwopreglem5 27301
 Description: Lemma 5 for frgrwopreg 27303. If 𝐴 as well as 𝐵 contain at least two vertices, there is a 4-cycle in a friendship graph. This corresponds to statement 6 in [Huneke] p. 2: "... otherwise, there are two different vertices in A, and they have two common neighbors in B, ...". (Contributed by Alexander van der Vekens, 31-Dec-2017.) (Proof shortened by AV, 5-Feb-2022.)
Hypotheses
Ref Expression
frgrwopreg.v 𝑉 = (Vtx‘𝐺)
frgrwopreg.d 𝐷 = (VtxDeg‘𝐺)
frgrwopreg.a 𝐴 = {𝑥𝑉 ∣ (𝐷𝑥) = 𝐾}
frgrwopreg.b 𝐵 = (𝑉𝐴)
frgrwopreg.e 𝐸 = (Edg‘𝐺)
Assertion
Ref Expression
frgrwopreglem5 ((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 1 < (#‘𝐴) ∧ 1 < (#‘𝐵)) → ∃𝑎𝐴𝑥𝐴𝑏𝐵𝑦𝐵 ((𝑎𝑥𝑏𝑦) ∧ ({𝑎, 𝑏} ∈ 𝐸 ∧ {𝑏, 𝑥} ∈ 𝐸) ∧ ({𝑥, 𝑦} ∈ 𝐸 ∧ {𝑦, 𝑎} ∈ 𝐸)))
Distinct variable groups:   𝑥,𝑉   𝑥,𝐴   𝑥,𝐺   𝑥,𝐾   𝑥,𝐷   𝐴,𝑏   𝑥,𝐵   𝑦,𝐷   𝐺,𝑎,𝑏,𝑦,𝑥   𝑦,𝑉   𝐴,𝑎,𝑦   𝐵,𝑎,𝑏,𝑦   𝑥,𝐸
Allowed substitution hints:   𝐷(𝑎,𝑏)   𝐸(𝑦,𝑎,𝑏)   𝐾(𝑦,𝑎,𝑏)   𝑉(𝑎,𝑏)

Proof of Theorem frgrwopreglem5
StepHypRef Expression
1 simpllr 815 . . . . . . . . . . . . . 14 ((((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑎𝑥) ∧ (𝑎𝐴𝑥𝐴)) ∧ (𝑏𝐵𝑦𝐵)) → 𝑎𝑥)
21anim1i 591 . . . . . . . . . . . . 13 (((((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑎𝑥) ∧ (𝑎𝐴𝑥𝐴)) ∧ (𝑏𝐵𝑦𝐵)) ∧ 𝑏𝑦) → (𝑎𝑥𝑏𝑦))
3 simplll 813 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑎𝑥) ∧ (𝑎𝐴𝑥𝐴)) ∧ (𝑏𝐵𝑦𝐵)) → 𝐺 ∈ FriendGraph )
4 fveq2 6229 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 (𝑥 = 𝑎 → (𝐷𝑥) = (𝐷𝑎))
54eqeq1d 2653 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (𝑥 = 𝑎 → ((𝐷𝑥) = 𝐾 ↔ (𝐷𝑎) = 𝐾))
6 frgrwopreg.a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 𝐴 = {𝑥𝑉 ∣ (𝐷𝑥) = 𝐾}
75, 6elrab2 3399 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝑎𝐴 ↔ (𝑎𝑉 ∧ (𝐷𝑎) = 𝐾))
8 simpl 472 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ((𝑎𝑉 ∧ (𝐷𝑎) = 𝐾) → 𝑎𝑉)
97, 8sylbi 207 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑎𝐴𝑎𝑉)
10 rabidim1 3147 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝑥 ∈ {𝑥𝑉 ∣ (𝐷𝑥) = 𝐾} → 𝑥𝑉)
1110, 6eleq2s 2748 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑥𝐴𝑥𝑉)
129, 11anim12i 589 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((𝑎𝐴𝑥𝐴) → (𝑎𝑉𝑥𝑉))
1312adantl 481 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑎𝑥) ∧ (𝑎𝐴𝑥𝐴)) → (𝑎𝑉𝑥𝑉))
14 eldifi 3765 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑏 ∈ (𝑉𝐴) → 𝑏𝑉)
15 frgrwopreg.b . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 𝐵 = (𝑉𝐴)
1614, 15eleq2s 2748 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑏𝐵𝑏𝑉)
17 eldifi 3765 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑦 ∈ (𝑉𝐴) → 𝑦𝑉)
1817, 15eleq2s 2748 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑦𝐵𝑦𝑉)
1916, 18anim12i 589 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝑏𝐵𝑦𝐵) → (𝑏𝑉𝑦𝑉))
2013, 19anim12i 589 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑎𝑥) ∧ (𝑎𝐴𝑥𝐴)) ∧ (𝑏𝐵𝑦𝐵)) → ((𝑎𝑉𝑥𝑉) ∧ (𝑏𝑉𝑦𝑉)))
21 frgrwopreg.v . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 𝑉 = (Vtx‘𝐺)
22 frgrwopreg.d . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 𝐷 = (VtxDeg‘𝐺)
23 frgrwopreg.e . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 𝐸 = (Edg‘𝐺)
2421, 22, 6, 15, 23frgrwopreglem5lem 27300 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (((𝑎𝐴𝑥𝐴) ∧ (𝑏𝐵𝑦𝐵)) → ((𝐷𝑎) = (𝐷𝑥) ∧ (𝐷𝑎) ≠ (𝐷𝑏) ∧ (𝐷𝑥) ≠ (𝐷𝑦)))
2524adantll 750 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑎𝑥) ∧ (𝑎𝐴𝑥𝐴)) ∧ (𝑏𝐵𝑦𝐵)) → ((𝐷𝑎) = (𝐷𝑥) ∧ (𝐷𝑎) ≠ (𝐷𝑏) ∧ (𝐷𝑥) ≠ (𝐷𝑦)))
263, 20, 253jca 1261 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑎𝑥) ∧ (𝑎𝐴𝑥𝐴)) ∧ (𝑏𝐵𝑦𝐵)) → (𝐺 ∈ FriendGraph ∧ ((𝑎𝑉𝑥𝑉) ∧ (𝑏𝑉𝑦𝑉)) ∧ ((𝐷𝑎) = (𝐷𝑥) ∧ (𝐷𝑎) ≠ (𝐷𝑏) ∧ (𝐷𝑥) ≠ (𝐷𝑦))))
2726adantr 480 . . . . . . . . . . . . . 14 (((((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑎𝑥) ∧ (𝑎𝐴𝑥𝐴)) ∧ (𝑏𝐵𝑦𝐵)) ∧ 𝑏𝑦) → (𝐺 ∈ FriendGraph ∧ ((𝑎𝑉𝑥𝑉) ∧ (𝑏𝑉𝑦𝑉)) ∧ ((𝐷𝑎) = (𝐷𝑥) ∧ (𝐷𝑎) ≠ (𝐷𝑏) ∧ (𝐷𝑥) ≠ (𝐷𝑦))))
2821, 22, 23frgrwopreglem5a 27291 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ ((𝑎𝑉𝑥𝑉) ∧ (𝑏𝑉𝑦𝑉)) ∧ ((𝐷𝑎) = (𝐷𝑥) ∧ (𝐷𝑎) ≠ (𝐷𝑏) ∧ (𝐷𝑥) ≠ (𝐷𝑦))) → (({𝑎, 𝑏} ∈ 𝐸 ∧ {𝑏, 𝑥} ∈ 𝐸) ∧ ({𝑥, 𝑦} ∈ 𝐸 ∧ {𝑦, 𝑎} ∈ 𝐸)))
2927, 28syl 17 . . . . . . . . . . . . 13 (((((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑎𝑥) ∧ (𝑎𝐴𝑥𝐴)) ∧ (𝑏𝐵𝑦𝐵)) ∧ 𝑏𝑦) → (({𝑎, 𝑏} ∈ 𝐸 ∧ {𝑏, 𝑥} ∈ 𝐸) ∧ ({𝑥, 𝑦} ∈ 𝐸 ∧ {𝑦, 𝑎} ∈ 𝐸)))
30 3anass 1059 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝑎𝑥𝑏𝑦) ∧ ({𝑎, 𝑏} ∈ 𝐸 ∧ {𝑏, 𝑥} ∈ 𝐸) ∧ ({𝑥, 𝑦} ∈ 𝐸 ∧ {𝑦, 𝑎} ∈ 𝐸)) ↔ ((𝑎𝑥𝑏𝑦) ∧ (({𝑎, 𝑏} ∈ 𝐸 ∧ {𝑏, 𝑥} ∈ 𝐸) ∧ ({𝑥, 𝑦} ∈ 𝐸 ∧ {𝑦, 𝑎} ∈ 𝐸))))
312, 29, 30sylanbrc 699 . . . . . . . . . . . 12 (((((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑎𝑥) ∧ (𝑎𝐴𝑥𝐴)) ∧ (𝑏𝐵𝑦𝐵)) ∧ 𝑏𝑦) → ((𝑎𝑥𝑏𝑦) ∧ ({𝑎, 𝑏} ∈ 𝐸 ∧ {𝑏, 𝑥} ∈ 𝐸) ∧ ({𝑥, 𝑦} ∈ 𝐸 ∧ {𝑦, 𝑎} ∈ 𝐸)))
3231ex 449 . . . . . . . . . . 11 ((((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑎𝑥) ∧ (𝑎𝐴𝑥𝐴)) ∧ (𝑏𝐵𝑦𝐵)) → (𝑏𝑦 → ((𝑎𝑥𝑏𝑦) ∧ ({𝑎, 𝑏} ∈ 𝐸 ∧ {𝑏, 𝑥} ∈ 𝐸) ∧ ({𝑥, 𝑦} ∈ 𝐸 ∧ {𝑦, 𝑎} ∈ 𝐸))))
3332reximdvva 3048 . . . . . . . . . 10 (((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 𝑎𝑥) ∧ (𝑎𝐴𝑥𝐴)) → (∃𝑏𝐵𝑦𝐵 𝑏𝑦 → ∃𝑏𝐵𝑦𝐵 ((𝑎𝑥𝑏𝑦) ∧ ({𝑎, 𝑏} ∈ 𝐸 ∧ {𝑏, 𝑥} ∈ 𝐸) ∧ ({𝑥, 𝑦} ∈ 𝐸 ∧ {𝑦, 𝑎} ∈ 𝐸))))
3433exp31 629 . . . . . . . . 9 (𝐺 ∈ FriendGraph → (𝑎𝑥 → ((𝑎𝐴𝑥𝐴) → (∃𝑏𝐵𝑦𝐵 𝑏𝑦 → ∃𝑏𝐵𝑦𝐵 ((𝑎𝑥𝑏𝑦) ∧ ({𝑎, 𝑏} ∈ 𝐸 ∧ {𝑏, 𝑥} ∈ 𝐸) ∧ ({𝑥, 𝑦} ∈ 𝐸 ∧ {𝑦, 𝑎} ∈ 𝐸))))))
3534com24 95 . . . . . . . 8 (𝐺 ∈ FriendGraph → (∃𝑏𝐵𝑦𝐵 𝑏𝑦 → ((𝑎𝐴𝑥𝐴) → (𝑎𝑥 → ∃𝑏𝐵𝑦𝐵 ((𝑎𝑥𝑏𝑦) ∧ ({𝑎, 𝑏} ∈ 𝐸 ∧ {𝑏, 𝑥} ∈ 𝐸) ∧ ({𝑥, 𝑦} ∈ 𝐸 ∧ {𝑦, 𝑎} ∈ 𝐸))))))
3635imp31 447 . . . . . . 7 (((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ ∃𝑏𝐵𝑦𝐵 𝑏𝑦) ∧ (𝑎𝐴𝑥𝐴)) → (𝑎𝑥 → ∃𝑏𝐵𝑦𝐵 ((𝑎𝑥𝑏𝑦) ∧ ({𝑎, 𝑏} ∈ 𝐸 ∧ {𝑏, 𝑥} ∈ 𝐸) ∧ ({𝑥, 𝑦} ∈ 𝐸 ∧ {𝑦, 𝑎} ∈ 𝐸))))
3736reximdvva 3048 . . . . . 6 ((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ ∃𝑏𝐵𝑦𝐵 𝑏𝑦) → (∃𝑎𝐴𝑥𝐴 𝑎𝑥 → ∃𝑎𝐴𝑥𝐴𝑏𝐵𝑦𝐵 ((𝑎𝑥𝑏𝑦) ∧ ({𝑎, 𝑏} ∈ 𝐸 ∧ {𝑏, 𝑥} ∈ 𝐸) ∧ ({𝑥, 𝑦} ∈ 𝐸 ∧ {𝑦, 𝑎} ∈ 𝐸))))
3837ex 449 . . . . 5 (𝐺 ∈ FriendGraph → (∃𝑏𝐵𝑦𝐵 𝑏𝑦 → (∃𝑎𝐴𝑥𝐴 𝑎𝑥 → ∃𝑎𝐴𝑥𝐴𝑏𝐵𝑦𝐵 ((𝑎𝑥𝑏𝑦) ∧ ({𝑎, 𝑏} ∈ 𝐸 ∧ {𝑏, 𝑥} ∈ 𝐸) ∧ ({𝑥, 𝑦} ∈ 𝐸 ∧ {𝑦, 𝑎} ∈ 𝐸)))))
3938com13 88 . . . 4 (∃𝑎𝐴𝑥𝐴 𝑎𝑥 → (∃𝑏𝐵𝑦𝐵 𝑏𝑦 → (𝐺 ∈ FriendGraph → ∃𝑎𝐴𝑥𝐴𝑏𝐵𝑦𝐵 ((𝑎𝑥𝑏𝑦) ∧ ({𝑎, 𝑏} ∈ 𝐸 ∧ {𝑏, 𝑥} ∈ 𝐸) ∧ ({𝑥, 𝑦} ∈ 𝐸 ∧ {𝑦, 𝑎} ∈ 𝐸)))))
4039imp 444 . . 3 ((∃𝑎𝐴𝑥𝐴 𝑎𝑥 ∧ ∃𝑏𝐵𝑦𝐵 𝑏𝑦) → (𝐺 ∈ FriendGraph → ∃𝑎𝐴𝑥𝐴𝑏𝐵𝑦𝐵 ((𝑎𝑥𝑏𝑦) ∧ ({𝑎, 𝑏} ∈ 𝐸 ∧ {𝑏, 𝑥} ∈ 𝐸) ∧ ({𝑥, 𝑦} ∈ 𝐸 ∧ {𝑦, 𝑎} ∈ 𝐸))))
4121, 22, 6, 15frgrwopreglem1 27292 . . . 4 (𝐴 ∈ V ∧ 𝐵 ∈ V)
42 hashgt12el 13248 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ V ∧ 1 < (#‘𝐴)) → ∃𝑎𝐴𝑥𝐴 𝑎𝑥)
4342ex 449 . . . . 5 (𝐴 ∈ V → (1 < (#‘𝐴) → ∃𝑎𝐴𝑥𝐴 𝑎𝑥))
44 hashgt12el 13248 . . . . . 6 ((𝐵 ∈ V ∧ 1 < (#‘𝐵)) → ∃𝑏𝐵𝑦𝐵 𝑏𝑦)
4544ex 449 . . . . 5 (𝐵 ∈ V → (1 < (#‘𝐵) → ∃𝑏𝐵𝑦𝐵 𝑏𝑦))
4643, 45im2anan9 898 . . . 4 ((𝐴 ∈ V ∧ 𝐵 ∈ V) → ((1 < (#‘𝐴) ∧ 1 < (#‘𝐵)) → (∃𝑎𝐴𝑥𝐴 𝑎𝑥 ∧ ∃𝑏𝐵𝑦𝐵 𝑏𝑦)))
4741, 46ax-mp 5 . . 3 ((1 < (#‘𝐴) ∧ 1 < (#‘𝐵)) → (∃𝑎𝐴𝑥𝐴 𝑎𝑥 ∧ ∃𝑏𝐵𝑦𝐵 𝑏𝑦))
4840, 47syl11 33 . 2 (𝐺 ∈ FriendGraph → ((1 < (#‘𝐴) ∧ 1 < (#‘𝐵)) → ∃𝑎𝐴𝑥𝐴𝑏𝐵𝑦𝐵 ((𝑎𝑥𝑏𝑦) ∧ ({𝑎, 𝑏} ∈ 𝐸 ∧ {𝑏, 𝑥} ∈ 𝐸) ∧ ({𝑥, 𝑦} ∈ 𝐸 ∧ {𝑦, 𝑎} ∈ 𝐸))))
49483impib 1281 1 ((𝐺 ∈ FriendGraph ∧ 1 < (#‘𝐴) ∧ 1 < (#‘𝐵)) → ∃𝑎𝐴𝑥𝐴𝑏𝐵𝑦𝐵 ((𝑎𝑥𝑏𝑦) ∧ ({𝑎, 𝑏} ∈ 𝐸 ∧ {𝑏, 𝑥} ∈ 𝐸) ∧ ({𝑥, 𝑦} ∈ 𝐸 ∧ {𝑦, 𝑎} ∈ 𝐸)))
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 383   ∧ w3a 1054   = wceq 1523   ∈ wcel 2030   ≠ wne 2823  ∃wrex 2942  {crab 2945  Vcvv 3231   ∖ cdif 3604  {cpr 4212   class class class wbr 4685  ‘cfv 5926  1c1 9975   < clt 10112  #chash 13157  Vtxcvtx 25919  Edgcedg 25984  VtxDegcvtxdg 26417   FriendGraph cfrgr 27236 This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1762  ax-4 1777  ax-5 1879  ax-6 1945  ax-7 1981  ax-8 2032  ax-9 2039  ax-10 2059  ax-11 2074  ax-12 2087  ax-13 2282  ax-ext 2631  ax-rep 4804  ax-sep 4814  ax-nul 4822  ax-pow 4873  ax-pr 4936  ax-un 6991  ax-cnex 10030  ax-resscn 10031  ax-1cn 10032  ax-icn 10033  ax-addcl 10034  ax-addrcl 10035  ax-mulcl 10036  ax-mulrcl 10037  ax-mulcom 10038  ax-addass 10039  ax-mulass 10040  ax-distr 10041  ax-i2m1 10042  ax-1ne0 10043  ax-1rid 10044  ax-rnegex 10045  ax-rrecex 10046  ax-cnre 10047  ax-pre-lttri 10048  ax-pre-lttrn 10049  ax-pre-ltadd 10050  ax-pre-mulgt0 10051 This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 384  df-an 385  df-3or 1055  df-3an 1056  df-tru 1526  df-fal 1529  df-ex 1745  df-nf 1750  df-sb 1938  df-eu 2502  df-mo 2503  df-clab 2638  df-cleq 2644  df-clel 2647  df-nfc 2782  df-ne 2824  df-nel 2927  df-ral 2946  df-rex 2947  df-reu 2948  df-rmo 2949  df-rab 2950  df-v 3233  df-sbc 3469  df-csb 3567  df-dif 3610  df-un 3612  df-in 3614  df-ss 3621  df-pss 3623  df-nul 3949  df-if 4120  df-pw 4193  df-sn 4211  df-pr 4213  df-tp 4215  df-op 4217  df-uni 4469  df-int 4508  df-iun 4554  df-br 4686  df-opab 4746  df-mpt 4763  df-tr 4786  df-id 5053  df-eprel 5058  df-po 5064  df-so 5065  df-fr 5102  df-we 5104  df-xp 5149  df-rel 5150  df-cnv 5151  df-co 5152  df-dm 5153  df-rn 5154  df-res 5155  df-ima 5156  df-pred 5718  df-ord 5764  df-on 5765  df-lim 5766  df-suc 5767  df-iota 5889  df-fun 5928  df-fn 5929  df-f 5930  df-f1 5931  df-fo 5932  df-f1o 5933  df-fv 5934  df-riota 6651  df-ov 6693  df-oprab 6694  df-mpt2 6695  df-om 7108  df-1st 7210  df-2nd 7211  df-wrecs 7452  df-recs 7513  df-rdg 7551  df-1o 7605  df-2o 7606  df-oadd 7609  df-er 7787  df-en 7998  df-dom 7999  df-sdom 8000  df-fin 8001  df-card 8803  df-cda 9028  df-pnf 10114  df-mnf 10115  df-xr 10116  df-ltxr 10117  df-le 10118  df-sub 10306  df-neg 10307  df-nn 11059  df-2 11117  df-n0 11331  df-xnn0 11402  df-z 11416  df-uz 11726  df-xadd 11985  df-fz 12365  df-hash 13158  df-edg 25985  df-uhgr 25998  df-ushgr 25999  df-upgr 26022  df-umgr 26023  df-uspgr 26090  df-usgr 26091  df-nbgr 26270  df-vtxdg 26418  df-frgr 27237 This theorem is referenced by:  frgrwopreg  27303
 Copyright terms: Public domain W3C validator